La présente invention concerne de manière générale les panneaux de structure composite du type sandwich à âme alvéolaire notamment pour véhicules automobiles, et plus particulièrement un procédé pour réaliser un tel panneau à structure localement renforcée.

Elle concerne egalement un panneau de structure composite renforcée du type sandwich à âme alvéolaire, réalisé selon un tel procédé.

Les panneaux de type sandwich à âme alvéolaire presentent des caractéristiques très importantes eu égard à leur poids.

De manière classique, la construction de tels panneaux consiste à emprisonner par collage ou soudure une âme alvéolaire de faibles caractéristiques mécaniques entre deux peaux présentant une épaisseur beaucoup plus faible que celle de l'âme alvéolaire mais possédant d'excellentes caractéristiques mécaniques.

On connaît du document FR 2 711 573 appartenant à la Demanderesse, un procédé pour réaliser un panneau de structure composite du type sandwich à âme alvéolaire, selon lequel on réalise ledit panneau en une seule étape, par pressage dans un moule à froid, d'un empilement constitué d'au moins une première peau en matériau thermoplastique renforcé estampable, d'une âme alvéolaire en matériau thermoplastique, d'une deuxième peau en matériau thermoplastique renforcé estampable, et d'une première couche de revtement externe en matériau tissé ou non tissé, lesdites peaux étant préalablement chauffées hors du moule à une température de ramollissement.

Un tel procédé est particulièrement avantageux dans le fait qu'il permet en une seule opération de générer la cohésion entre les différentes couches de structure composite et de conformer ledit panneau.

Le panneau ainsi réalise conserve toutes les propriétés mécaniques dues à la structure sandwich à âme alvéolaire.

Les panneaux de structure composite du type sandwich à âme alvéolaire présentent des caractéristiques de rigidité suffisante permettant de renforcer structurellement des structures mécaniques soumises à des contraintes importantes sans pour cela trop les alourdir. De tels panneaux sont alors couramment utilisés dans les secteurs de la construction navale, aéronautique et ferroviaire.

Toutefois, l'hétérogénéité des sollicitations mécaniques qu'ils subissent nécessite parfois la mise en oeuvre de plis de renfort locaux aux endroits desdits

panneaux où les sollicitations mécaniques sont les plus fortes.

Dans le domaine de t'aéronautique, ! es panneaux composites à structure sandwich sont réa ! isés à base de résines thermodurcissables renforcées par des fibres de verre.

Afin de donner et de maintenir la forme souhaitée desdits panneaux, les fibres de verre et la résine thermodurcissable se présentant sous la forme de pré- imprégnés, sont déposées couche par couche dans un moule, puis sont ensuite portées à des températures élevées pour polymeriser de façon définitive la résine.

Les moules utilisés peuvent comporter un poinçon ou une matrice ou encore un poinçon et une matrice.

La démarche quant à la réalisation de tels panneaux renforcés localement, consiste tout d'abord à définir par des essais réels ou des simulations informatiques les zones de concentration des contraintes sur les panneaux à réaliser, puis à ces endroits à ajouter des plis de renforts qui permettrons de résister à de telles sollicitations.

Les plis de renforts sont des mats unidirectionnels ou des tissus de fibres de verre, de carbone ou naturelles noyées dans un résine thermodurcissable, avec une orientation qui est déterminée par l'orientation des sollicitations. II sont découpés selon un patron à I'aide de machines spéciales par exemple une machine de découpe à jet d'eau.

Les plis de renfort sont disposés couche par couche dans un moule, manuellement ou à I'aide d'un robot avec une orientation propre à chaque pli.

C'est l'opération de drapage.

Vient alors l'étape de cuisson qui est l'étape la plus longue du procédé de réalisation de telles pièces puisqu'il s'agit de chauffer suffisamment la superposition des couches pour potymériser la résine thermodurcissable.

Les différentes couches déposées dans le moule sont pressées dans ledit moule en faisant le vide dans celui-ci. La réalisation du vide permet de plaquer les matériaux contre la matrice ou le poinçon et permet d'évacuer le surplus de résine.

On obtient ainsi la forme voulue avec la meilleure imprégnation possible des fibres par la résine.

Cette technique dite de stratification, et en particulier l'opération de drapage, se caractérise par un niveau d'automatisation très faible, et une part de main d'oeuvre très importante.

Si grâce au concept de localisation de la rigidité, cette technique permet d'atteindre des niveaux de performance élevés des pièces ainsi réalisées, elle nécessite un suivi rigoureux de la qualité.

En conséquence, cette technique est très coûteuse et ne peut tre utilisée

aux grandes cadences de production mises en oeuvre dans le domaine de l'industrie automobile.

La présente invention propose alors un nouveau procédé pour réaliser de manière simple et économique des panneaux de structure composite renforcée du type sandwich à âme alvéolaire, qui peut tre mis en ceuvre à cadence élevée compatible avec les cadences de production de l'industrie automobile tout en permettant la réalisation de pièces adaptées aux applications structurelles qui sollicitent leur rigidité sans surpoids et sans surcoût particulier.

Plus particulièrement, l'invention propose un procédé pour réaliser un- panneau de structure composite renforcée du type sandwich à âme alvéolaire, caractérisé en ce que : -on réalise au moins un empilement d'au moins une première peau en matériau thermoplastique renforcé, un premier pli de renfort en matériau thermoplastique renforcé, une âme alvéolaire en matériau thermoplastique, un second pli de renfort en matériau thermoplastique renforcé, une seconde peau en matériau thermoplastique renforcé, les premier et second plis de renfort présentant une surface inférieure à celle des première et seconde peaux et étant positionnés de manière symétrique par rapport au plan formé par l'âme alvéolaire, à des endroits déterminés contre lesdites peaux, -on pré-assemble 1'empilement, -on chauffe 1'empilement pré-assemblé dans un four, et -on forme ledit panneau par pressage dudit empilement chauffé dans un moule à froid sous une pression comprise entre 1 et 3.106 Pa.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé conforme à la présente invention : -ledit empilement peut comporter au moins une autre paire de troisième et quatrième plis de renfort, présentant chacun une surface inférieure à celle des première et deuxième peaux, et disposés symétriquement de part et d'autre de l'âme alvéolaire à d'autres endroits déterminés contre lesdites peaux, -I'empilement peut comporter trois paires de plis de renfort agencés de manière déterminée, symétriquement de part et d'autre de l'âme alvéolaire, -I'empilement peut comporter également au moins une couche de revtement exteme en matériau tissé ou non tissé disposée sur la seconde peau et éventuellement une autre couche de revtement externe en matériau tissé ou non tissé placée sous la première peau dans l'ordre d'empilage.

Avantageusement, la pression de formage du panneau est comprise entre 15 et 20.105 Pa.

Lors du formage dudit panneau, les première et deuxième peaux présentent une température de formage comprise entre 160 et 200 degrés environ.

Les première et deuxième peaux sont constituées par un tissu ou un mat de fibres de verre et d'un matériau thermoplastique.

Les plis de renfort sont également constitués par un tissu ou un mat de fibres de verre d'un matériau thermoplastique.

Les première et deuxième peaux présentent préferentiellement un grammage de fibres de verre différent de celui des plis de renfort.

Le matériau thermoplastique utilisé est une polyoléfine de préférence du- polypropylène.

De préférence, !'âme alvéolaire présente une structure d'alvéoles ouvertes du type structure tubulaire ou nid d'abeilles constituée principalement de polyoléfine et de préférence de polypropylène.

L'invention propose également un panneau de structure composite renforcée du type sandwich à âme alvéolaire, réalisé selon le procede précité.

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut tre réalisée.

Sur les dessins annexés : -la figure 1 est une vue schématique de côté de ltempilement realise conformément au procédé selon l'invention.

-les figures 2a à 2g présentent des vues schématiques de dessus d'éprouvettes d'essais réalisées conformément au procédé selon l'invention.

Sur la figure 1, on a représenté un empilement réalisé lors d'une première étape d'un procédé pour réaliser un panneau de structure composite renforcée du type sandwich à âme alvéolaire.

Cet empilement comporte ici successivement une première peau 110 en matériau thermoplastique renforcé, un premier pli de renfort 120 en matériau thermoplastique renforcé, une âme alvéolaire 130 en matériau thermoplastique, un second pli de renfort 140 en matériau thermoplastique renforcé, et une seconde peau 150 en matériau thermoplastique renforcé.

En outre, il comporte une couche de revtement externe 161 en matériau tissé ou non tissé disposé sur la seconde peau 150 et une autre couche de revtement externe 162 en matériau tissé ou non tissé placée sous la première peau 110 dans l'ordre d'empilage.

Les couches de revtement externe 161,162 peuvent tre un feutre ou une moquette.

Les premier et second plis de renfort 120,140 présentent une surface inférieure à celle des première et seconde peaux 110,150 et sont positionnés de manière symétrique par rapport au plan formé par l'âme alveolaire à des endroits déterminés contre lesdites peaux.

Plus particulièrement, ils sont positionnés aux endroits prédéterminés du panneau où il est prévu qu'il subisse les sollicitations mécaniques les plus intenses.

Selon des variantes de réalisation, on peut prévoir que l'empilement comporte une autre paire de troisième et quatrième plis de renfort présentant chacun une surface inférieure à celle des première et deuxième peaux, et disposés symétriquement de part et d'autre de l'âme alvéolaire à d'autres endroits déterminés contre lesdites peaux.

De mme, I'empilement peut comporter trois paires de plis de renfort agencées de manière déterminée, symétriquement de part et d'autre de l'âme alvéolaire. Selon d'autres variantes, I'empilement peut comprendre un nombre de plis de renfort encore plus important.

Les première et deuxième peaux 110,150 sont constituées par un tissu ou un mat de fibres de verre et d'un matériau thermoplastique.

Les plis de renfort 120,140 sont également constitués par un tissu ou un mat de fibres de verre et d'un matériau thermoplastique.

Le matériau thermoplastique utilisé est une polyoléfine et de préférence du polypropylène.

L'adjonction de plis de renfort dans cet empilement entraîne automatiquement une augmentation de poids du panneau de structure ainsi réalisé.

Afin de limiter cette augmentation de poids, il est indispensable que l'adjonction de ces plis de renfort soit parfaitement maîtrisée et qu'il ne soit adjoint que le juste nécessaire.

La neutralisation du poids supplémentaire des plis de renfort doit s'opérer de manière simultanée par la réduction du grammage de fibres de verre des première et seconde peaux utilisées ; en combinant astucieusement le grammage de fibres de verres des peaux avec les caractéristiques des plis de renfort, on peut obtenir un panneau de poids équivalent à celui n'utilisant pas de plis de renfort, présentant une rigidité plus adaptée à son application structurelle.

Ainsi, les première et seconde peaux 110,150 présentent un grammage de fibres de verre différent de celui des plis de renfort 120,140.

Les matériaux utilisés pour les première et seconde peaux ainsi que les plis de renfort de 1'empilement, sont par exemple : un textile 4x1 qui comprend quatre fils de chaîne pour un fil de trame avec 800 filaments/fils, un textile 8x2 qui comprend également quatre fils de chaîne pour un fil de trame, chaque fil étant

composé de 1600 filaments, un textile équilibré qui comprend autant de fils de trame que de fils de chaîne, un mat de fibres longues dont les directions sont équifibrées, un mat de fibres longues avec une orientation préférentielle pour 80 % des fibres longues (mat directionnel) ou encore un unidirectionnel. Les grammages à disposition sont par exemple pour un textile 4x1 : 400 g/m2, pour un textile 8x2 : 900 g/m2, ou 1350 g/m2, pour un textile équilibré : 710 g/m2 ou 1420 g/m2, pour un mat équilibré : 1500 g/m2, pour un mat directionnel : 500g/m2 et pour un unidirectionnel : 800 g/m2.

L'âme alvéolaire 130 présente ici, avantageusement une structure d'alvéoles ouvertes du type structure tubulaire ou nid d'abeilles, constituée principalement de polyoléfine et de préférence de polypropylène.

Selon une deuxième étape du procédé conforme à l'invention, on pré- assemble l'empilement. Puis, on chauffe 1'empilement pré-assemblé dans un four.

Le chauffage de l'empilement pré-assemblé est réalisé de telle manière que les première et deuxième peaux 110,150 de 1'empilement présentent une température de formage comprise 160 et 200 degrés environ.

A ce sujet, il est intéressant de noter que les températures de chauffage de l'empilement pré-assemble sont supérieures à la température de dégradation du polypropylène constituant la matrice des première et deuxième peaux ainsi que des plis de renfort et de l'âme alvéolaire, sans pour cela de manière surprenante dégrader les caractéristiques mécaniques du panneau ainsi formé.

La température de chauffage de 1'empilement pré-assemble selon le procédé conforme à l'invention, est comprise entre une température basse permettant la soudure entre les première et deuxième peaux et l'âme alvéolaire, dans un temps compatible avec la production en grande série sans affaiblissement conséquent de l'âme alvéolaire dudit empilement, et une température maximum évitant une dégradation trop rapide du potypropytène.

L'ajout des plis de renfort dans 1'empilement à thermoformer pour réaliser le panneau de structure renforcée selon le procédé conforme à l'invention, est possible car ce procédé possède une capabilité de chauffage suffisante pour réussir à souder les première et deuxième peaux d'épaisseurs différentes (due à l'ajout des renforts).

En effet, la quantité de chaleur transmise à travers les peaux et l'âme alvéolaire est inversement proportionnelle à l'épaisseur de la peau, à types de renforts et de couleurs identiques.

A une température et à un temps de chauffe donnés de 1'empilement pré- assemblé, il est possible de souder une peau d'épaisseur donnée. Si la peau est trop peu épaisse, elle va atteindre une température telle qu'elle sera dégradée.

Si la peau est trop épaisse, la chaleur n'arrivera pas en quantité suffisante pour permettre la soudure entre la peau et l'âme.

Par exemple, pour souder une peau en tissu 4x1 de grammage égal à 915 g/m2, à une âme atvéofaire, il est prévu un temps de chauffe compris entre 55 et 75 secondes. En utilisant une peau identique de grammage égal à 1420 g/m2, il faut entre 70 et 85 secondes pour la souder à t'âme alvéolaire sans la dégrader. De mme, il a été déterminé que pour une peau identique mais de grammage égal à 710 g/m2, il faut entre soit 55 et 65 secondes pour la souder à l'âme alvéolaire sans la dégrader.

Ainsi, selon le procédé conforme à l'invention, pour un empilement comprenant des peaux d'un grammage égal environ à 915 g/m2 avec des plis de renfort dont la masse surfacique est comprise entre 0 et 500 g/m2 (donc pour une gamme de grammage comprise entre 915 et 1400 g/m2), le temps de chauffe de ltempilement pré-assemblé est compris entre 70 et 75 secondes.

Selon une dernière étape du procédé conforme à l'invention, apres avoir chauffé l'empilement pré-assemblé dans un four, on forme ledit panneau par pressage dudit empilement chauffé dans un moule à froid sous une pression comprise entre 1 et 3.106 Pa.

De manière préférentielle, la pression de formage du panneau est comprise entre 15 et 20.105 Pa.

Le procédé selon l'invention comprend peu d'opérations qui sont simples et rapide à réaliser.

11 utilise des équipements standards (four, presse) pour réaliser les opérations précitées qui sont parfaitement maîtrisées, donc tout à fait adaptées à tre mises en oeuvre dans le domaine de l'industrie automobile où les pièces sont formées à grande cadence de production tout en garantissant une qualité constante et une compétitivité économique.

Les panneaux réalisés selon l'invention présentent une rigidité optimisée localement sans présenter un surpoids par rapport aux panneaux ne comportant pas de plis de renfort, ni un surcoût de fabrication.

Une des applications avantageuses de tels panneaux de structure renforcée par des plis de renfort, est la réalisation de dossiers de banquettes arrières de véhicules automobiles et en particulier les dossiers de banquettes arrières avec ceintures embarquées.

Un tel dossier de banquette arrière comporte dans sa partie basse deux charnières d'articulation sur la carrosserie du véhicule, ces deux charnières sont positionnées sur les côtés extérieur et intérieur du dossier et permettant son rabattement vers l'avant, et dans une région située en haut sur le côté externe dudit

dossier, un point d'ancrage de celui-ci sur la carrosserie du vehicule pour son maintien en position verticale.

En outre, lorsqu'il embarque la ceinture, il est prévu dans cette structure de dossier de siège arrière, un point d'ancrage situé en partie supérieure du côté interne dudit dossier, de manière opposée à son point d'accrochage sur la carrosserie du véhicule pour permettre l'installation à la place arrière du milieu d'une ceinture de sécurité à trois points d'ancrage de la mme manière que pour les places arrières droite et gauche.

L'effort appliqué sur chaque point de fixation est très important.

Afin de résister à de tels efforts, sans pour cela trop alourdir le dossier de siège et limiter son coût de fabrication, il est particulièrement avantageux d'utiliser un panneau de structure renforcée réalisé selon la présente invention.

Sur les figures 2a à 2g, on a représenté différentes éprouvettes de test correspondant à des dossiers de banquette arrière 2/3, avec ceinture embarquée, qui comportent les points d'articulation, d'accrochage et d'ancrage précités, référencés successivement A à D.

Les différentes éprouvettes représentées sur les figures 2a à 2g ont été réalisées selon le procédé conforme à l'invention, et comportent un nombre de paires de plis de renfort différents.

L'éprouvette représentée sur la figure 2a comporte une seule paire de plis de renfort SE s'étendant entre le point d'accrochage haut externe A sur la carrosserie et le point de traction de la ceinture D, L'éprouvette représentée sur la figure 2b comporte une seule paire de plis de renfort IE s'étendant entre la charnière d'articulation externe B et le point de traction de la ceinture D.

L'éprouvette représentée sur la figure 2c comporte une seule paire de plis de renfort 11 s'étendant entre la charnière d'articulation interne C et le point de traction de la ceinture D.

L'éprouvette représentée sur la figure 2d comporte deux paires de plis de renfort, une première paire de plis de renfort SE s'étendant entre le point d'accrochage externe haut A sur la carrosserie et le point de traction de la ceinture D, et une seconde paire de plis de renfort IE s'étendant entre la charnière d'articulation exteme B et le point de traction de la ceinture D.

L'éprouvette représentée sur la figure 2e comporte deux paires de plis de renfort ont, une première paire de plis de renfort IE s'étendant entre la charnière d'articulation externe B et le point de traction de la ceinture D, et une deuxième paire de plis de renfort 11 entre la charnière d'articulation interne C et le point de traction de la ceinture D.

L'éprouvette représentée sur la figure 2f comporte deux paires de plis de renfort, une première paire de plis de renfort SE s'étendant entre le point d'accrochage haut externe A et le point de traction de la ceinture D, et une deuxième paire de plis de renfort II s'étendant entre la charnière d'articulation interne C et le point de traction de la ceinture D.

Enfin, l'éprouvette représentée sur la figure 2g comporte trois paires de plis de renfort, une première paire de plis de renfort SE s'étendant entre le point d'accrochage externe A et le point de traction de la ceinture D, une deuxième paire de plis de renfort IE s'étendant entre la charnière d'articulation externe B et le point- de traction de la ceinture D, et une troisième paire de plis de renfort 11 s'étendant entre la charnière d'articulation interne C et le point de traction de la ceinture D.

Les caractéristiques des peaux et des plis de renfort pour les différentes éprouvettes précitées sont explicitées pour trois séries différentes dans le tableau ci-après. SERIE 970616/S5 970616/S6 970616/S7 Figures2aà Figures 2aà2c Figures 2åà2g éprouvettes 2g Peaux Tissu équilibré Tissu équilibre Tissu équilibré 1420g/m2 1420g/m2 1420g/m2 Renforts Tissu 4x1 Mat orienté 4x1 Unidirectionnel 400g/M2 500 g/M2 800 g/M2 Les essais sur ! es différentes séries d'éprouvettes ont consisté à exercer un effort de traction verticale grâce à un palan électrique sur chacune desdites éprouvettes, à la position du point d'ancrage supérieur de la ceinture D. Un premier capteur est fixé sur le bai de support du palan, d'une part et au point de traction sur l'envers de !'éprouvette à tester d'autre part. II doit mesurer la déplacement du point de traction. Un second capteur est fixé sur le bâti de support de palan d'une part, et au niveau du coin libre sur l'envers de l'éprouvette à tester d'autre part, il doit mesurer le déplacement du coin libre non fixé de la structure. En outre, un capteur d'efforts est intercalé entre le crochet du palan et t'éprouvette à tester de manière à mesurer 1'effort de traction.

Les résultats d'essais sur les différentes éprouvettes précitées, ont montré que l'utilisation d'une seule paire de plis de renfort ne permettait pas d'améliorer significativement les résultats des essais d'éprouvettes constituées par des empilements sans plis de renfort.

Par contre, les éprouvettes comportant deux paires de plis de renfort semblent améliorer nettement les resultats d'essais. L'amélioration la plus flagrante est la réalisation de trois paires de plis de renfort (voir éprouvette figure 2g).

Elle permet d'atteindre et mme de dépasser pour certains cas (voir série 970616/S7), les valeurs obtenues avec des peaux d'un grammage de 2130 g/m2 prévues dans un empilement sans renfort, c'est-à-dire une résistance à un effort moyen de traction supérieur à 10 000 Newtons pour un déplacement moyen du coin libre d'environ 300 millimètres.

La surface des plis de renfort utilisés pour la réalisation de ces éprouvettes est environ de 0,04 m2 par rapport à la surface de la peau qui est de l'ordre de 0,44 m II est intéressant de noter, qu'un dossier de banquette arrière réalisé avec des peaux de grammage de fibres de verre égal à 1420 g/m2 avec des plis de renfort réalisés en unidirectionnel avec un grammage de fibres de verre égal 800 g/m2 présente un poids 1,31 kg et un coût de 33,32 FF.

Le mme dossier de siège réalisé à I'aide d'un empilement n'utilisant pas de renfort mais des peaux présentant un grammage de fibres de verre égaie à 2130 g/m2, comporte une rigidité équivalente et présente un poids de 1,87 kg pour un coût de 46,86 FF.

Ainsi, l'utilisation des renforts selon la présente invention, permet de diminuer aussi bien le coût que le poids de la pièce pour des caractéristiques mécaniques équivalentes.

La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réatisation décrits et représentés, mais l'homme du metier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.